現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)：CAN總線

1、1,CAN總線,2,3,一、CAN總線概述,CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，通常稱(chēng)為CAN bus，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 CAN 最初出現(xiàn)在汽車(chē)工業(yè)中，80年代由德國(guó)Bosch公司最先提出。最初動(dòng)機(jī)是為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號(hào)線?，F(xiàn)代汽車(chē)越來(lái)越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、注油控制，加速、剎車(chē)控制(ASC)及復(fù)雜的抗鎖定剎車(chē)系統(tǒng)(ABS)等。由于這些控制需檢測(cè)及交換大量數(shù)據(jù)，采用硬接信號(hào)線的方式不但煩瑣、昂貴，而且難以解決問(wèn)題，采用CAN總線上述問(wèn)題都能

2、很好地解決。 與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，它在汽車(chē)領(lǐng)域上的應(yīng)用最為廣泛，世界上一些著名的汽車(chē)制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、volkswagen (大眾)等都采用了CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。,大眾公司的Canbus,大眾公司首次在97年P(guān)ASSAT的舒適系統(tǒng)上采用了傳送速率為62.5Kbit/m的Canbus。,98年在PASSAT和GOLF的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上增加了Canbus，傳送速率為500Kbit/m。,2000年，大眾公司在PASSAT和GOLF采用了帶有網(wǎng)關(guān)的第二代Canbus。,2001年

3、，大眾公司提高了Canbus的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將舒適系統(tǒng)Canbus提高到100Kbit/m, 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提高到500Kbit/m。,2002年，大眾集團(tuán)在新PQ24平臺(tái)上使用帶有車(chē)載網(wǎng)絡(luò)控制單元的第三代Canbus。,2003年，大眾集團(tuán)在新PQ35平臺(tái)上使用五重結(jié)構(gòu)的Canbus系統(tǒng)，并且出現(xiàn)了單線的LIN-BUS。, 20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開(kāi)始研究用于汽車(chē)的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車(chē)工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國(guó)兩所大學(xué)的教授。 1986年，Bosch在SAE（汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CAN。

4、1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片82526；隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200。 1992年，CIA（CAN in Automation）用戶組織成立，之后制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層“CAL”。 1993年，CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布。 從此CAN 協(xié)議被廣泛的用于各類(lèi)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。,二、CAN總線發(fā)展歷史, 1994年，開(kāi)始有了國(guó)際CAN學(xué)術(shù)年會(huì)（ICC）。 1994年，美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)以CAN為基礎(chǔ)制定SAEJ1939 標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車(chē)和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。 1999年一年就有近6千萬(wàn)個(gè)CAN控制器投入使用；2000年銷(xiāo)售1億多CAN的芯片。 2001年

5、用在汽車(chē)上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過(guò)1億個(gè) 。 到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車(chē)上都有CAN；高級(jí)客車(chē)上有兩套CAN，通過(guò)網(wǎng)關(guān)互聯(lián)； 但是轎車(chē)上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自成系統(tǒng)，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。,7,1993年CAN 成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。 CAN的規(guī)范從CAN 1.0 規(guī)范(標(biāo)準(zhǔn)格式)發(fā)展為兼容CAN 1.2 規(guī)范的CAN2.0規(guī)范(CAN2.0A為標(biāo)準(zhǔn)格式，CAN2.0B為擴(kuò)展格式)，目前應(yīng)用的CAN器件大多符合CAN2.0規(guī)范。 由于CAN總線的特點(diǎn)，得到了Motorola，Intel，Philip， Siemence，NEC等公

6、司的支持，它廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍目前已不僅局限于汽車(chē)行業(yè)，已經(jīng)在自動(dòng)控制、航空航天、航海、過(guò)程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。,三、CAN總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn), 基于CAN的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用較通用的有兩種：DeviceNet（適合于工廠底層自動(dòng)化） 和 CANopen（適合于機(jī)械控制的嵌入式應(yīng)用）。 任何組織或個(gè)人都可以從DeviceNet供貨商協(xié)會(huì)（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。購(gòu)買(mǎi)者將得到無(wú)限制的、真正免費(fèi)的開(kāi)發(fā)DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán)。 DeviceNet自2002年被確立為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，已在冶金、電力、水

7、處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山等各個(gè)行業(yè)得到成功應(yīng)用，其低成本和高可靠性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。,9,四、CAN的工作原理、特點(diǎn),1CAN的工作原理,當(dāng)CAN 總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。 1）發(fā)送節(jié)點(diǎn)的CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。 2） CAN 芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)，網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)。 3）每個(gè)處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 每組報(bào)文開(kāi)頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符(CAN2

8、.0A)，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，這種報(bào)文格式稱(chēng)為面向內(nèi)容的編址方案。 由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案，因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置?？梢院苋菀椎卦贑AN 總線中加進(jìn)一些新節(jié)點(diǎn)而無(wú)需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。,10,2 CAN總線特點(diǎn),CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。 CAN總線特點(diǎn)如下： （1）多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。 （2）網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可

9、分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 （3）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制：當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。,11,（4）可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。 （5）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)6km（速率10Kbps以下）。 （6）通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長(zhǎng)30m）。 （7）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。 （8）采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。 （9）每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 （10）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即

10、可，無(wú)特殊要求。 （11）節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。,五、CAN總線布置、結(jié)構(gòu)和基本特點(diǎn),CAN總線系統(tǒng)上并聯(lián)有多個(gè)元件。這就要求整個(gè)系統(tǒng)的布置滿足以下要求：,可靠性高：傳輸故障（不論是由內(nèi)部還是外部引起的）應(yīng)能準(zhǔn)確識(shí)別出來(lái),使用方便：如果某一控制單元出現(xiàn)故障，其余系統(tǒng)應(yīng)盡可能保持原有功能，以便進(jìn)行信息交換,數(shù)據(jù)密度大：所有控制單元在任一瞬時(shí)的信息狀態(tài)均相同，這樣就使得兩控制單元之間不會(huì)有數(shù)據(jù)偏差。如果系統(tǒng)的某一處有故障，那么總線上所有連接的元件都會(huì)得到通知。,數(shù)據(jù)傳輸快：連成網(wǎng)絡(luò)的各元件之間的數(shù)據(jù)交換速率必須很快，這樣才

11、能滿足實(shí)時(shí)要求。,五、CAN總線布置、結(jié)構(gòu)和基本特點(diǎn),考慮到信號(hào)的重復(fù)率及產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)量，CAN總線系統(tǒng)分為三個(gè)專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)：, CAN驅(qū)動(dòng)總線（高速），500Kbit/s，可基本滿足實(shí)時(shí)要求。 CAN舒適總線（低速），100 Kbit/s，用于對(duì)時(shí)間要求不高的情況。 CAN“infotainment”總線（低速），100Kbit/s，用于對(duì)時(shí)間要求不高的情況。 與CAN舒適數(shù)據(jù)總線和CAN Infotainment數(shù)據(jù)總線不同，CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線不可與CAN舒適數(shù)據(jù)總線或CAN Infotainment數(shù)據(jù)總線通過(guò)電氣相連。CAN驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線與CAN舒適/ Infotainment數(shù)據(jù)總線是不

12、同的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，它們之間只能通過(guò)所謂網(wǎng)關(guān)相連。,16,六、CAN-BUS系統(tǒng)組成,CAN總線規(guī)范采用了ISO-OSI（Open System Interconnection Reference Model，開(kāi)放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有三種不同的器件與之相對(duì)應(yīng)。 對(duì)應(yīng)物理層的是收發(fā)器； 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層的是CAN控制器； 應(yīng)用層上主要是用戶特殊的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)的器件是微控制器。,CAN收發(fā)器: 安裝在控制器內(nèi)部，同時(shí)兼具接受和發(fā)送的功能，將控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)化為電信號(hào)并將其送入數(shù)據(jù)傳輸線。 CAN控制器：以一塊可編程芯片上邏輯電路的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層之間的通信，對(duì)外它提供了

13、與微處理器的物理線路接口。通過(guò)對(duì)它的編程，CPU可以設(shè)置其工作方式，控制其工作狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，把應(yīng)用層建立在它的基礎(chǔ)之上。 數(shù)據(jù)傳輸終端：是一個(gè)電阻，防止數(shù)據(jù)在線端被反射，以回聲的形式返回，影響數(shù)據(jù)的傳輸。 數(shù)據(jù)傳輸線：雙向數(shù)據(jù)線，由高低雙絞線組成。,17,完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能。 有微處理器接口，易于連接單片機(jī)。 結(jié)構(gòu)分兩種類(lèi)型，獨(dú)立CAN控制器或集成CAN控制器的單片機(jī)： 獨(dú)立CAN控制器：Philips的SJA1000、82C200、8XC592、8XCE598；Intel的82526、82527等。 集成CAN控制器的單片機(jī)：Philips的80

14、C591/592/598、XAC37；Motorola的Pow2、PC555；Intel的196CA/CB；Silicon Lab的C8051F040047等 都遵循CAN2.0規(guī)范。,CAN控制器:,Canbus的收發(fā)器如圖所示，使用一個(gè)電路進(jìn)行控制，這樣也就是說(shuō)控制單元在某一時(shí)間段只能進(jìn)行發(fā)送或接受一項(xiàng)功能。 邏輯“1”：所有控制器的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；總線電平為5Vor3.5V；Canbus未通訊。 邏輯“0”：某一控制器閉合；總線電平為0伏； Canbus進(jìn)行通訊。 因此總線導(dǎo)線上就會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)： 狀態(tài)1： 截止?fàn)顟B(tài)，晶體管截止（開(kāi)關(guān)未接合） 無(wú)源： 總線電平=1，電阻高 狀態(tài)0： 接通狀態(tài)，

15、晶體管導(dǎo)通（開(kāi)關(guān)已接合） 有源： 總線電平=0，電阻低,Can收發(fā)器：,各個(gè)CAN系統(tǒng)的所有控制單元都并聯(lián)在CAN數(shù)據(jù)總線上。CAN數(shù)據(jù)總線的兩條導(dǎo)線分別叫CAN-High和CAN-Low線。兩條扭絞在一起的導(dǎo)線稱(chēng)為雙絞線。 Canbus采用雙絞線自身校驗(yàn)的結(jié)構(gòu)，既可以防止電磁干擾對(duì)傳輸信息的影響，也可以防止本身對(duì)外界的干擾。系統(tǒng)中采用高低電平兩根數(shù)據(jù)線，控制器輸出的信號(hào)同時(shí)向兩根通訊線發(fā)送，高低電平互為鏡像。并且每一個(gè)控制器都增加了終端電阻，已減少數(shù)據(jù)傳送時(shí)的過(guò)調(diào)效應(yīng)。,CAN數(shù)據(jù)傳輸線,CAN導(dǎo)線的特點(diǎn),為了提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性，CAN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的兩條導(dǎo)線（雙絞線）分別用于不同的數(shù)據(jù)傳送

16、，這兩條線分別稱(chēng)為CAN-High線和CAN-Low線?？刂茊卧g的數(shù)據(jù)交換就是通過(guò)這兩條導(dǎo)線來(lái)完成的，這些數(shù)據(jù)可能是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油箱油面高度及車(chē)速等。 為了清楚起見(jiàn)CAN導(dǎo)線分別用單顏色來(lái)表示CAN-High線總是黃色，CAN-Low-線總是綠色,原則上CAN總線用一條導(dǎo)線就足以滿足功能要求了，但該總線系統(tǒng)上還是配備了第二條導(dǎo)線。在這個(gè)第二條導(dǎo)線上，信號(hào)是按相反順序傳送的，這樣可有效抑制外部干擾。,1,2,3,CAN協(xié)議結(jié)構(gòu),基本術(shù)語(yǔ),CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),CAN協(xié)議規(guī)范,七、CAN協(xié)議規(guī)范,CAN為串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。CAN的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)

17、到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN。在汽車(chē)電子行業(yè)里，使用CAN連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防剎車(chē)系統(tǒng)等等，其傳輸速度可達(dá)1Mbit/s。同時(shí)，可以將CAN安裝在卡車(chē)本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車(chē)燈組、電氣車(chē)窗等等，用以代替接線配線裝置。 技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)CAN儀器之間建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)靈活性，根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN 2.0規(guī)范細(xì)分為以下不同的層次：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 在以前版本的CAN規(guī)范中，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層和MAC子層的服務(wù)及功能分別被解釋為“對(duì)象層”和“傳輸層”。,1,CAN協(xié)議結(jié)

18、構(gòu),依據(jù)ISO/OSI參考模型的層結(jié)構(gòu)具有以下功能: 1、物理層：定義了信號(hào)是如何實(shí)際地傳輸?shù)?，主要涉及位定時(shí)、位編碼/解碼、同步的解釋。技術(shù)規(guī)范沒(méi)有定義物理層的驅(qū)動(dòng)器/接收器特性，以便允許根據(jù)它們的應(yīng)用，對(duì)發(fā)送媒體和信號(hào)電平進(jìn)行優(yōu)化。 2、邏輯鏈路控制子層(LLC) ：主要涉及報(bào)文濾波、過(guò)載通知、以及恢復(fù)管理。 為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù)； 確定由實(shí)際要使用的LLC子層接收哪一個(gè)報(bào)文； 為恢復(fù)管理和過(guò)載通知提供手段。 3、媒體訪問(wèn)控制子層(MAC) ：是CAN協(xié)議的核心。它把接收到的報(bào)文提供給LLC子層。主要作用是：傳送規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定等，MAC子層

19、也被一個(gè)稱(chēng)作“故障界定”的管理實(shí)體監(jiān)管。此故障界定為自檢機(jī)制，以便把永久故障和短時(shí)擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)。,1,CAN協(xié)議結(jié)構(gòu),圖 CAN協(xié)議分層結(jié)構(gòu)和功能,1,CAN協(xié)議結(jié)構(gòu),2,基本術(shù)語(yǔ),1報(bào)文 信息交互的實(shí)體，CAN總線上的報(bào)文以不同的固定報(bào)文格式發(fā)送，但長(zhǎng)度受限。當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開(kāi)始發(fā)送新的報(bào)文。,2信息路由,在CAN系統(tǒng)中，一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)不使用任何有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息(如站地址)。特點(diǎn)如下： 系統(tǒng)靈活性不需要應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)軟件和硬件的任何改變， 可以在CAN網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點(diǎn)。 報(bào)文路由報(bào)文的尋址內(nèi)容由標(biāo)志符指定。標(biāo)志符不指出報(bào)文的目的地，但是這個(gè)報(bào)文的特定含義使得網(wǎng)絡(luò)上所有

20、的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)報(bào)文濾波來(lái)判斷該數(shù)據(jù)是否與他們相符合。 多點(diǎn)傳送由于報(bào)文濾波的作用，任何節(jié)點(diǎn)對(duì)同一條報(bào)文都可以接收，并同時(shí)對(duì)此作出反應(yīng)。 數(shù)據(jù)一致性在CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以確保報(bào)文同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)或者沒(méi)有節(jié)點(diǎn)接收，系統(tǒng)的這種數(shù)據(jù)一致性是靠多點(diǎn)傳送和錯(cuò)誤處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,2,基本術(shù)語(yǔ),3位速率 不同的系統(tǒng)，CAN的速度不同。在一個(gè)給定的系統(tǒng)里，位速率是唯一的，并且是固定的。 4優(yōu)先權(quán) 報(bào)文中的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀都有標(biāo)志符段，在總線訪問(wèn)期間，標(biāo)志符定義一個(gè)靜態(tài)的報(bào)文優(yōu)先權(quán)。當(dāng)多個(gè)CAN單元同時(shí)傳輸報(bào)文發(fā)生總線沖突時(shí)，標(biāo)志符碼值越小的報(bào)文優(yōu)先權(quán)越高。 5遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)

21、發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應(yīng)的遠(yuǎn)程幀是由相同的識(shí)別符命名的。 6. 多主機(jī) 總線空閑時(shí)，任何單元都可以傳送報(bào)文。,2,基本術(shù)語(yǔ),7.錯(cuò)誤標(biāo)定和恢復(fù)時(shí)間 任何檢測(cè)到錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)會(huì)標(biāo)志出損壞的報(bào)文。此報(bào)文會(huì)失效，并將自動(dòng)重新傳送。如果不再出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么從檢測(cè)到錯(cuò)誤到下一報(bào)文的傳送開(kāi)始為止，恢復(fù)時(shí)間最多為31Tbit。 8故障界定 CAN節(jié)點(diǎn)能夠把永久故障和短暫擾動(dòng)區(qū)別開(kāi)來(lái)。故障的節(jié)點(diǎn)會(huì)被關(guān)閉。 9 應(yīng)答 所有的接收器檢查報(bào)文的連貫性。對(duì)于連貫的報(bào)文，接收器應(yīng)答，對(duì)于不連貫的報(bào)文，接收器作出標(biāo)志。 10 總線值 總線有二個(gè)互補(bǔ)的邏輯值：“顯性”或“隱性”。 “顯性”位和“隱性”位同時(shí)傳送時(shí)，總線的結(jié)

22、果值為“顯性”。比如，在總線的“線與”執(zhí)行時(shí)，邏輯0代表“顯性”電平，邏輯1代表“隱性”電平。,2,基本術(shù)語(yǔ),11仲裁 只要總線空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。具有較高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元可以獲得總線訪問(wèn)權(quán)。如果2個(gè)或2個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。 仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。 仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平，而監(jiān)視的是一“顯性”電平（見(jiàn)總線值），那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。 位仲裁技術(shù)

23、,2,基本術(shù)語(yǔ),12安全性 為了獲得最安全的數(shù)據(jù)發(fā)送，CAN的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均采取了強(qiáng)有力的措施來(lái)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤標(biāo)定及錯(cuò)誤自檢。 1）錯(cuò)誤檢測(cè) 要進(jìn)行檢測(cè)錯(cuò)誤，必須采取以下措施： 監(jiān)視（發(fā)送器對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較） 循環(huán)冗余檢查 位填充 報(bào)文格式檢查 2）錯(cuò)誤檢測(cè)的執(zhí)行 錯(cuò)誤檢測(cè)的機(jī)制具有以下屬性： 檢測(cè)到所有的全局錯(cuò)誤； 檢測(cè)到發(fā)送器所有的局部錯(cuò)誤； 可以檢測(cè)到報(bào)文里多達(dá)5個(gè)任意分布的錯(cuò)誤； 檢測(cè)到報(bào)文里長(zhǎng)度低于15（位）的突發(fā)性錯(cuò)誤； 檢測(cè)到報(bào)文里任一奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤 錯(cuò)誤處理,3,CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，發(fā)出報(bào)文的單元稱(chēng)為該報(bào)文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或丟失

24、仲裁前恒為發(fā)送器。如果一個(gè)單元不是報(bào)文發(fā)送器，并且總線不處于空閑狀態(tài)，則該單元為接收器。 對(duì)于報(bào)文發(fā)送器和接收器，報(bào)文的實(shí)際有效時(shí)刻是不同的。對(duì)于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯(cuò)，則對(duì)于發(fā)送器報(bào)文有效。如果報(bào)文受損，將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動(dòng)重發(fā)送。為了能同其他報(bào)文進(jìn)行總線訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)，總線一旦空閑，重發(fā)送立即開(kāi)始。 對(duì)于接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯(cuò)，則對(duì)于接收器報(bào)文有效。,32,CAN的類(lèi)型 標(biāo)準(zhǔn)幀 11位標(biāo)識(shí)符 擴(kuò)展幀 29位標(biāo)識(shí)符 幀類(lèi)型：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀四種 數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器?？偩€上傳輸?shù)拇蠖嗍沁@個(gè)幀。 遠(yuǎn)程幀：由總線單元發(fā)出，請(qǐng)

25、求發(fā)送具有同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）通過(guò)幀間空間與其他各幀分開(kāi)。 錯(cuò)誤幀：任何單元一但檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。 過(guò)載幀：用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開(kāi)。,3,CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),3,CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),CAN信息包格式說(shuō)明： CAN信息包分為兩部分：信息部分和數(shù)據(jù)部分。 頭兩個(gè)字節(jié)為信息部分，其前十一位為標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)符中的前八位用作接收判斷，應(yīng)包含本信息包的目的站地址。 然后是一位RTR位（遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位，應(yīng)設(shè)為0），最后是四位的DLC（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位，即所發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度，單位：字節(jié)）。 其余八個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)部分，存有實(shí)際要發(fā)的數(shù)據(jù)

26、。詳見(jiàn)右圖：,3,CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁區(qū)、控制區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和CRC序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。 當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位。 數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場(chǎng)采用固定格式，不進(jìn)行填充。出錯(cuò)幀和超載幀同樣是固定格式，也不進(jìn)行位填充。,35,數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式,幀起始（SOF）僅由一顯位構(gòu)成。所有站都必須同步于首先發(fā)送的那個(gè)幀起始前沿； 仲裁區(qū)（標(biāo)準(zhǔn)格式）由11位標(biāo)識(shí)符ID28ID18、遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR（Remote Transmission Request BIT）組成，其中ID高七位不可全為1（隱性）；

27、仲裁區(qū)（擴(kuò)展格式）由29位標(biāo)識(shí)符ID28 ID0、SRR（替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位）位、識(shí)別符擴(kuò)展位IDE(Identifier Extension Bit)位、RTR位組成； SRR是隱性位，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式的RTR位。 IDE=1（隱性）代表擴(kuò)展格式。IDE位在擴(kuò)展格式中位于仲裁場(chǎng)而在標(biāo)準(zhǔn)格式中位于控制場(chǎng)。,3,CAN的報(bào)文及結(jié)構(gòu),CAN總線的突出優(yōu)點(diǎn)使其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，這使得許多器件廠商競(jìng)相推出各種CAN總線器件產(chǎn)品，已逐步形成系列。 而豐富廉價(jià)的CAN總線器件又進(jìn)一步促進(jìn)了CAN總線應(yīng)用的迅速推廣。目前，CAN已不僅是應(yīng)用于某些領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線，它正在成為微控制器的系統(tǒng)擴(kuò)展及多

28、機(jī)通信接口。下表列出了一些主要的CAN總線產(chǎn)品。,八、典型CAN總線器件,38,CAN總線 位仲裁技術(shù),只要總線空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。 要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，就必須將數(shù)據(jù)快速傳送，這就要求數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度。在幾個(gè)站同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，要求快速地進(jìn)行總線分配。 如果2 個(gè)或2 個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。通過(guò)使用識(shí)別符的位形式仲裁可以解決這個(gè)沖突。 CAN總線以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，報(bào)文的優(yōu)先級(jí)結(jié)合在11位標(biāo)識(shí)符中，具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識(shí)符有最高的優(yōu)先級(jí)。這種優(yōu)先級(jí)一旦在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)被確立后就不能再被更改?？偩€讀取中的沖突可通過(guò)位仲裁解決。,3

29、9,CAN總線 位仲裁技術(shù),仲裁的機(jī)制確保信息和時(shí)間均不會(huì)損失。當(dāng)具有相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。 CAN總線采用非歸零(NRZ)編碼，所有節(jié)點(diǎn)以“線與”方式連接至總線。如果存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線傳輸邏輯0，則總線呈現(xiàn)邏輯0狀態(tài)，而不管有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送邏輯1。CAN網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)可能試圖同時(shí)發(fā)送，但其簡(jiǎn)單的仲裁規(guī)則確保僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制總線、并發(fā)送信息。低有效輸出狀態(tài)(0)起決定性作用。 仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平(邏輯1)而監(jiān)測(cè)到一“顯性”電平(邏輯0)，那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。,40,丟掉,丟掉,跟蹤,所有標(biāo)識(shí)符都有相同的兩位01，直到第3位進(jìn)行比